Способ определения распределения плотности потока ионных пучков

 

Изобретение относится к технике измерений параметров ионных пучков. Целью изобретения является повышение точности определения и расширение диапазона определяемых плотностей. Цель достигается тем. что в вакуумной камере, где размещают пластину пробного образца, подвергаемого облучению, после облучения его исследуемым пучком осуществляют лазерный пробоотборс регистрацией выделенных газов, по которым судят о степени внедрения ионов в образец, затем строят профили распределе- - ния концентрации внедренных ионов, по которому судят о распределении плотности потока ионных пучков. При выполнении определенных условий достигается значительная точность, на уровне 10 мкм о пространственных координатах. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5115 G 01 Т 1/29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 23.03.93. Бюл. t 11 (21) 4791027/25 (22) 30.11.89 (71) Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (72) Б.К.Зуев и В.С.Севастьянов (56) Franks J., Ghander А.М.//Vacuum, 1974, hb 10, р. 489-491.

Москалев В.А., Сергеев Г.И., Шестаков

В.Г. Измерение параметров заряженных частиц, М.: Атомиздат, 1980, 160 с. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИОННЫХ

ПУЧКОВ (57) Изобретение относится к технике измерений параметров ионных пучков. Целью

Изобретение относится к ускоритель ной технике и экспериментальной ядерной физике и наиболее эффективно может быть использовано для наладки и настройки ускорителей, исследования различных режимов ускорения.

Целью изобретения является повышение точности определения и расширение диапазона определяемых плотностей потока ионов.

На фиг. 1 показано распределение Не в двух взаимно перпендикулярных направлениях Х и У с началом координат в центре пучка. Распределение строится в отн.ед. (h/$1), где $1 — площадь пробоотбора; h— величина относительного аналитического сигнела. Переход от распределения в единицах (Ь/S 1) к распределению плотности потока пучка осуществляется по формуле

Д K(h/$1) ) 5U 1685172 А1 изобретения является повышение точности определения и расширение диапазона определяемых плотностей. Цель достигается тем, что в вакуумной камере, где размещают пластину пробного образца, подвергаемого облучению, после облучения его исследуе- . мым пучком осуществляют лазерный пробоотбор с регистрацией выделенных газов, по которым судят о степени внедрения ионов в образец, затем строят профили распределе- ния концентрации внедренных ионов, по которому судят о распределении плотности потока ионных пучков. При выполнении on- ) ределенных условий достигается значительная точность, на уровне 10 мкм в пространственных координатах. 1 ил.

t т тсттпт= где I — полный ток пучка, S — площадь, облученная ионным пучком.

При облучении пробного образца происходит внедрение ионов и накопление в 4 образце. Пробег ионов в твердых телах Я обычно не превышает 1 мкм. Поэтому при использовании лазерного пробоотбора можно отобрать микроп робу с глуби ион ва ведомо больше максимального пробега ионов. Поскольку доза накапливается линейно со временем, зная время ее накопления, можно рассчитать плотность потока ионов, которая ограничивается минимально достижимой в ускорителе. Локальность метода, достигнутая на установке, не хуже ЭО мкм, и она может быть существенно улучшена. Это позволяет при накоплении соответствующей дозы строить точнее профиль

1605172

55 распределения плотности потока ионов даже длл обласгей, которые не визуализируются при малой плотности потока. Кроме того, при нестабильности пучка ионов происходит усреднение onрсделяемых характеристик, Экспрессность метода 15 с на точку в профиле распределенил.

При наличии в ускорителе оптического иллюминатора и датчика масс-спектрометра можно проводить определения концентрации внедренных ионов непосредственно в ускорительной камере. Способ позволяет изучать как непрерывные, так и импульсные пучки. Предложенный способ помехоустойчив, не вносит искаженил в ионный пучок и не требует йзменения конструкции ускорительных камер.

Пример. Кремниевую пластину размером 10 15 ° 1 мм, не содержащую гелий, 2 облучают потоком ионов Не с энергией 9

КэВ перпендикуллрно ее поверхности на установке "VGSclentlflc". Размер ионного пучка превышает размер пластинки. Глубина внедрения ионов в Sl составляет - GOO A.

Ток ионов 100 мкА, время имплантации 10

3 с, Определение концентрации внедренных ионов в кремний осуществляют на лазерной масс-спектрометрической установке. Луч лазера (AVlf ;Nd) фокусируетсл с помощью лазерного микроскопа от установки LMA-1 (ГДР) на поверхность образца, помещенного в вакуумную камеру с оптическим иллюминатором. Вакуумная камера соединяется с омегатронным масс-спеКТроМОТроМ

ИПДО-2А. Вс» система откачиваотсл до давления 10 торр. Максималы1ал энергия лазерного импульса в режиме свободной генерации 1 Дж. Под действием лазерносо импульса происходит плэвление и испарение микропробы вещества. выделенный при этом газ по вакуум-проводу поступает в датчик масс-спектрометра. Была выбрана локальность 140 мкм, глубина пробоотбора

10 мкм, которая значительно превышает максимальный пробег ионов в веществе.

Выбор места пробоотбара и измерение параметров кратера проводитсл с использованием лазерного микроскопа. При неизменных условиях пробоотбора размеры кратера изменяются о пределах погрешности 0,1.

Под действием ионного пучка поверхность изменяет свои оптические характеристики, полвллютсл цвета побежалости, По этой картине можно оценить нахождение центра пучка. Из чертеже видно, что распределение плотности потока пучка не одинаково в различных направлениях.

Изобретение позволяет повысить точность измерения распределенил плотности

ЭО

45 потока заряженных частиц до 10 мкм, в то время как в известном способе эта величина не лучше 200 мкм. Длл предлагаемого способа величина плотности потока ионов нв имеет большого значения, так как происходит накопление внедренных ионов в пробный образец. при этом минимальная доза оценивается величиной 10 ионов/см . Ми11 нимальная плотность тока может иметь очень низкую величину и ограничивается только разумным временем вьгбора экспозиции (т.е. временем поддержания неизменных параметров ускорителей). Поэтому можно более точно измерить диаметр пучка ионов. Изобретение можно использовать для диагностики как заряженных, так и нейтральных пучков. При наклоне пробного образца по отношению к пучку ионов иэ распределения плотности потока излучения можно рассчитать расходимость пучка и тем самым построить трехмерную картину распределенил плотности потока частиц в пучке, Формула изобретения

Способ определения распределения плотности потока ионных пучков. включающий измерение полного тока пучка, помещение в вакуумную камеру пластины пробного образца и облучение ее пучком ионов. отличающийся тем,что.сцелью повышения точности определения и расширения диапазона определяемых плотностей, облучение ведут заданной дозой ио 100 с последующим локальным лазерным пробоотбором и регистрацией выделенных газов, глубину пробоотбора выбирают не ниже максимального пробега ионов в материале образца, дозу облучения Д выбираЗо ют,исходя иэ соотношения Д, Bg > Д > -, 1

ГДЕ Длас Г1РЕДЕЛЬНaя ДОЭЭ НЭСЫЩЕНИЯ Материала образца; а — предел обнаружения лазерного масс-спектрометрического метода, S1 — площадь пробоотбора, время облученил — не ниже

1 >

Зо где п — точность построения распределения плотности потока излучения;

I — полный ток пучка;

Sz — предлагаемая площадь поперечного сечения пучка; е — величина элементарного заряда, строят профиль распределения концентрации внедренных ионов в единицах h/S1, где

h — величина аналитического сигнала. а распределение плотности потока определяют, исходя из построенного профиля с учетом градуировочного коэффициента

1fiA51 72 где Я - площадь, облученная ионннм п ком.

Г, оаэи.ед

Х Угм

Составитель В. Костерев

Редактор В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Закаэ 1962 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101